基于计算机视觉的移动机器人室内导航若干技术研究

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1、上海大学硕士学位论文基于计算机视觉的移动机器人室内导航若干技术研究姓名：张建明申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：钱东海20040201上海大学硕士学位论文摘要自主导航的移动机器人可以应用在各种特殊的工业生产环境中，如无人无尘车间、危险恶劣环境等。视觉导航是移动机器人自主导航的～个研究分支，视觉导航的优点是信息量大，灵敏度高，成本低，并且可根据需要灵活地改变或规划路径，视觉导航越来越成为移动机器人自主导航中的一个重要研究方向。基于视觉导航的技术主要包括导航避障、机器人定位和控制系统设计等方面。光流场在视觉导航避障中具有重要研究价值，通过分析摄像头所采集到的连续序

2、列图像的光流场信息，可以检测出场景深度和障碍物信息，用于导航。机器人定位所要解决的是实时地获取机器人在所在环境中的位置信息，并用于机器人运动规划和导航。本课题研究工作主要包含室内移动机器人视觉导航技术的两个方面，一是计算机视觉中光流场技术研究，在该研究中提出两种新的光流场计算算法：五点约束最小二乘算法和局部与全局相结合的光流计算方法，试验表明，这两种算法具有较高的准确性和鲁棒性；二是室内移动机器人视觉导航技术的研究，提出了一种基于特征点识别、跟踪的室内移动机器人导航算法，该算法在地面上布置具有几何位置关系的特征点序列，利用单目摄像头采集图像、获取环境信息，通过图像处理提取

3、特征点的坐标值，再利用计算机图像坐标系和世界坐标系之间的转换关系，计算出移动机器人在世界坐标系中相对特征点的偏移距离和偏转角作为反馈来控制移动机器人，同时利用计算出的移动机器人和特征点之间的相对距离进行室内导航。本课题所提出的光流场计算算法和基于特征点视觉跟踪的导航算法较好地解决了室内移动机器人视觉导航中的运动物体检测、机器人定位问题，为进一步的视觉避障和机器人运动规划问题的研究奠定了一定的理论基础。关键词：计算机视觉，室内导航，光流场，图像处理ＫｎｔｖｒｂｍＥａｈｉｅｅＹｖｅｓｔＷｉｐｕｅｗｈＯｇｒａｅｏＲａｏｌｒｅｄＤｔｂ．ｃｎｂＳｉｌｂｈｔｙ：ｏｅａｉｈｔｃｎｍｓｅ

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6、ａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓｏｆａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓａｂｕｎｄａｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｌｏｗｃｏｓｔ，ａｎｄｍｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｅａｓｉｌｙｃｈａｎｇｉｎｇｐａｔｈａｎｄｐｌａｎｎｉｎｇｍｏｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｖｉｓｕａｌ—ｂａｓｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｈａｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｂｅｅｎａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔ．Ｔｈｅｍａｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｖｉｓ

7、ｕａｌ・ｂａｓｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄａｎｃｅ，ｒｏｂｏｔｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｉｎｇ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｌｏｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｈｏｗｓｇｒｅａｔｒｅｓｅａｒｃｈｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｖｉｓｕａｌ－ｂａｓｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄａｎｃｅ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｇｏｔｔｅｎｂｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｓｕｃ